JP2004335262A - 対向型インボリュート反射面を用いた照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放射線が円柱状放射体から円柱状照射体にムダなく効率的に照射できる照射装置を提供する。
【解決手段】断面が、ｘ軸に関して対称な二つの分枝のインボリュート曲線をなし、これが紙面に垂直なｚ軸方向に延びて形成される一つのインボリュート反射面１と、同様に形成されるインボリュート反射面２とを、インボリュート反射面形成のための基準円柱の直径の２倍の間隔をおいてそれぞれの凹側の面が対向するように対称に配置して構成される反射板装置の二つのインボリュート反射面１，２の各基準円柱の位置に、その基準円柱の直径にほぼ等しい外径の円柱状放射体Ｃ_１および円柱状照射体Ｃ_２がｚ軸方向に平行に延びるよう配設されて成る対向型インボリュート反射面を用いた照射装置である。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は対向型インボリュート反射面を用いた照射装置、特に１対のインボリュート反射面を凹面側を対向させるように対称に配置したことを特徴とする対向型インボリュート反射面を用いた照射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、各種の照明器具や光ファイバ被覆装置の架橋用などに使用される照射装置には、反射効率の向上を目的とした楕円反射面が広く用いられ、また普通の照明器具用としてはこれに加えてインボリュート反射面も広く知られ、かなり実用化もなされている。
【０００３】
楕円反射面を、本発明と同様に被覆樹脂の乾燥硬化に利用した例として、「線材、棒材の塗装乾燥装置」（特許文献１参照）がある。楕円反射面の著しい特徴として、その一つの焦点に位置する点光源から発した放射線は反射された後もう一つの焦点に向かうことが挙げられる。このことを利用して、一つの焦点位置に光源を、他の焦点位置に乾燥対象の線材を配置したアイディアである。しかし光源が一つの点でなくて、たとえばある程度の大きさの直径を持つ円柱状のものである場合には、次のような二つの欠点が派生する。
【０００４】
図３に図式的に示したように、一つの焦点位置にある円柱状放射体５から発した放射線（ここで放射線というのは、可視光線、紫外線、赤外線やＸ線、γ線などすべての放射線を含むものとする）の一部が、楕円反射面７に当たって反射して別の焦点位置にある円柱状照射体６に向かう途中で、円柱状放射体５自身に当たってここで吸収されてしまうムダが発生する不都合がある。
【０００５】
また楕円反射面７を使用する場合の反射板開口部８における放射線の均一性を調べてみる。図４に示すように、円柱状放射体５から発した放射線は直接に反射板開口部８に向かう分と、楕円反射面７から反射して他の焦点に向かうものとを合わせて、合計の放射量はどうしても中央部分が多くなり、両サイドはこれより少ない、つまり反射板開口部８を経由して照射対象を照射する場合に均一照射できない欠点がある。
【０００６】
インボリュート反射面を使用した先行技術もかなり見られる。ここでは典型例として「インボリュート形反射板」（特許文献２参照）を挙げる。
【０００７】
この先行技術には、円筒状の発光源を覆って装着され発光源からの光を反射する反射板において、発光源の中心軸と直交する反射板断面の形状が中心軸方向に同一であって、発光源断面の外郭円の一点を始点として両側対称に円形のインボリュート曲線状に延び、かつ両側端を結ぶ直線がその外郭円とほぼ接する形状としたものが示されている。
【０００８】
また円山氏の論文（非特許文献１参照）によれば、放射線源が円柱状のものと特定した場合について、インボリュート反射板の反射板開口部における指向性放射特性が円柱面形や放物面形の反射板の場合に比較して優れていることを実験値についての数値解析によって立証している。
【０００９】
この非特許文献１によって公知とされた事実は、従来から知られている、放射線源（光源）から出る放射線（光）は１００％反射板開口部（図１のＧＨの面）を通過する、ということはもちろんとして、
▲１▼反射板開口部における光束密度は均一であること、
▲２▼反射板開口部のどの点においても、光の向かう方向について差はない、つまり等方性がある、あるいは別な表現として指向性が均等であるということ、
である。
【００１０】
【特許文献１】
特公平３−４９６２５号公報（要約、図面）
【特許文献２】
特開平０３−２４５４０２号公報（要約、図面）
【非特許文献１】
日本機械学会論文集（Ｂ編）５７巻５３５号
円山重直「インボリュート形反射板を用いた指向性放射の均質化」
（特に１０８７〜１０９０ページ）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、放射方向において均一で等方性の放射線が得られるだけでなく、その放射線が効率的にかつ等方性をもって目的の対象体に照射されるようにした対向型インボリュート反射面を用いた照射装置を求めるものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は上述の課題をすべて解決するためになされたものであって、請求項１の発明によるその解決手段は、断面が、ｘ軸に関して対称な二つの分枝のインボリュート曲線をなし、これが紙面に垂直なｚ軸方向に延びて形成される一つのインボリュート反射面と、同様に形成されるインボリュート反射面とを、前記インボリュート反射面形成のための基準円柱の直径の２倍の間隔をおいてそれぞれの凹側の面が対向するように対称に配置して構成される反射板装置の二つのインボリュート反射面の各基準円柱の位置に、その基準円柱の直径にほぼ等しい外径の円柱状放射体および円柱状照射体が前記ｚ軸方向に平行に延びるよう配設されて成る対向型インボリュート反射面を用いた照射装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
まず図２についてインボリュート曲線（曲面）を説明する。円Ｏ（立体的には図２で紙面に垂直なｚ軸方向に延びた円柱となる）に巻き付けた糸（立体的にはｚ軸方向に延びるテープ状のもの）を、端点Ａを持って引っ張りながらほどいてゆくとする。このとき端点Ａの描く軌跡を、円Ｏを基準円とするインボリュート曲線（曲面）と呼ぶ。
【００１４】
インボリュート曲線の生成の原理から、図２で円弧ＡＢの長さ（＝ａφ）は直線ＢＭの長さに等しい。またインボリュート曲線について注目すべき特性は、この曲線上のどの点においても、その曲率中心は基準円Ｏの円周上にある、つまり図２で点Ｍにおける曲率円４の中心は基準円Ｏの円周上の点Ｂである、ということである。なおインボリュート曲線の生成の原理から、直線ＭＢは基準円Ｏへの接線であり、同時に点Ｍにおけるインボリュート曲線の法線になっているわけである。
【００１５】
上に述べたインボリュート曲線（曲面）は、端点Ａを図２の下方に引きほどく場合に別の分枝曲線（図２ではその一部分を示した）を描く。この分枝のインボリュート曲線ももちろん全く同じもので、両者はｘ軸に関して対称となる。
【００１６】
次に図１について本発明の反射板装置の反射面の構成を説明する。本発明においては点Ｃ_１を通り紙面に垂直な直線を中心軸線とする円柱Ｃ_１を基準円柱とする、分枝を含めたインボリュート曲面からなるインボリュート反射面１に、同様の円柱Ｃ_２を基準円柱とする全く同じ形状のインボリュート反射面２を、それぞれの凹側を対向させるように対称に配置するものとする。
【００１７】
しかしてそれぞれの基準円柱Ｃ_１，Ｃ_２の位置に、外径がこの基準円柱にほぼ等しくｚ軸方向に延びる円柱状の円柱状放射体Ｃ_１、円柱状照射体Ｃ_２をそれぞれ配置する。符号はあえて同じものを使用することにする。
【００１８】
ここで両インボリュート反射面１，２の間を対向方向に離す距離が問題となるが、これはインボリュート曲線の始点から測って基準円柱の直径の２倍とする。この設定では、対向する両インボリュート反射面１，２の自由端部がそれぞれｘ軸にちょうど平行になる点、つまり図１のＨ点において合致する。
【００１９】
インボリュート反射面の性質によれば、たとえば円柱状放射体Ｃ_１の表面上の点Ｄから放射される放射線（光）に注目すると、これはインボリュート反射面１上の点Ｅにおいて同反射面から、その点における法線によって二等分される角度方向に反射され反射開口部のＦ点を通過する。また同じく円柱状放射体Ｃ_１の表面上の点Ｊから放射される放射線は同様にインボリュート反射面１上の点Ｋにおいて同反射面から反射され、反射開口部のＮ点を通過する。
【００２０】
実はこのように幾何光学的な単一の光路が確定できるのは、その光線がレーザー光線のような、極めて細く、位相の揃ったいわゆるコヒーレントな光束と仮定した上でのことであり、この場合は光路の可逆性によって、Ｆ点から出た光は同じ光路を逆に辿って円柱状放射体Ｃ_１のＤ点に入り、同じくＮ点から出た光は同じ光路を逆に辿って円柱状放射体Ｃ_１のＪ点に入ることが言える。
【００２１】
もし円柱状放射体Ｃ_１、実用の加工装置ではたとえば円柱状のＵＶランプ等が相当すると考えられるが、ここで一つの仮定を立ててみる。その仮定とは、
《仮定》 「円柱状放射体Ｃ_１から発する光は、上記のようなコヒーレントな光束が無数に集まってできている」というものである。
これを砕いて言えば、円柱状放射体Ｃ_１から出る無数の光束と、反射開口部ＧＨを通過する無数の光束とは光量も、等方性という特性も完全に対応する、という《仮定》である。
【００２２】
段落０００９で述べた円山氏の実験による、▲１▼反射板開口部における光束密度は均一であること、また▲２▼反射板開口部のどの点においても指向性が均等であるという確認事実から、上記の《仮定》は帰納論理的に正当であることが立証されることになる。つまり、円柱状放射体Ｃ_１から均等に発する無数の光束は反射開口部ＧＨの面に均等に入る無数の光束となり、逆方向に、反射開口部ＧＨの面を均等に通過する無数の光束は円柱状放射体Ｃ_１に均等に入射するという仮説理論が確定して、それは仮説でなくて確定理論となる、と考えられる。
【００２３】
このように考えると、反射開口部ＧＨの面を均等に通過する無数の光束は、インボリュート反射面１と全く同一のインボリュート反射面２によって反射され、円柱状照射体Ｃ_２に均一の光束密度をもって、かつ指向性も均等に入射すると結論できる。
【００２４】
ただしこの結論は、段落００２２で述べた仮定、つまり実際に存在するＵＶランプ等から発する光がコヒーレントな光束が無数に集まっているものという仮定の下での結論であって、実際の場合は、インボリュート反射面の鏡面精度や場所ごとの違いの有無などの要因も重なるから簡単には結論できず、目下さらなる実験研究を進めているところである。
【００２５】
【発明の効果】
この発明によれば、二つのインボリュート反射面が凹面側を向き合わせるように対称的に対向配置され、それぞれの基準円柱の位置に、この外径とほぼ同径の円柱状放射体および円柱状照射体が設けられる構成であって、円柱状放射体から発せられた放射線は途中、円柱状放射体それ自身にぶつかって吸収されることなくすべて効率的に円柱状照射体に、しかもその全外周にわたって均等に入射する理想的な特性を備えているものである。
【００２６】
したがって本発明の装置によれば、例えば円柱状放射体としてＵＶランプ、円柱状照射体として紡糸被覆された光ファイバ線の通る石英管を配置するときは、周囲の方向から平均的にかつ効率的に必要な熱量を受け、目的とする架橋硬化が達成できるなどの実用的な効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の構成を示す側断面図である。
【図２】インボリュート曲線の数学的特性を説明する略図である。
【図３】楕円反射面による反射特性を説明する平面略図である。
【図４】楕円反射面による反射面開口部における反射線の不均一を示す略図である。
【符号の説明】
１，２ インボリュート反射面
Ｃ_１，５ 円柱状放射体（基準円柱）
４ 曲率円
Ｃ_２ 円柱状照射体（基準円柱）
７ 楕円反射面
８ 反射開口部

Claims (1)

1. 断面が、ｘ軸に関して対称な二つの分枝のインボリュート曲線をなし、これが紙面に垂直なｚ軸方向に延びて形成される一つのインボリュート反射面（１）と、同様に形成されるインボリュート反射面（２）とを、前記インボリュート反射面形成のための基準円柱の直径の２倍の間隔をおいてそれぞれの凹側の面が対向するように対称に配置して構成される反射板装置の二つのインボリュート反射面（１，２）の各基準円柱の位置に、その基準円柱の直径にほぼ等しい外径の円柱状放射体（Ｃ_１）および円柱状照射体（Ｃ_２）が前記ｚ軸方向に平行に延びるよう配設されて成る対向型インボリュート反射面を用いた照射装置。

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